JPH01277795A - 磁探装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 へ〇発明の目的 （１）　　産業上の利用分野 本発明は、磁探装置に関し、特に、磁気センサーを航空
機または船舶等に搭載または曳航（引っ張る）して、磁
場や磁ｊ７．勾配を捉えることにより海上に存在する船
舶または海中に存在する潜水艦等の磁性物体を探知する
磁探装置に関する。

（２）従来の技術 従来、磁探技術は、地質調査、磁性岩盤の調査、磁性鉱
脈の発見等に用いられている。

本出願人は、別途出願で、この種の磁探技術を応用して
、磁場または磁場勾配を測定することにより、海上に存
在する船舶または海中に存在する潜水艦等の磁性物体を
探知する磁探装置を、提案した。この磁探装置の技術的
骨子は、 ■磁場は距離の３乗に反比例するのに対して、磁場勾配
は距離の４乗に反比例して減少する（すなわち、磁場勾
配の方が磁場よりも、距離に関して減衰が速い）ことを
利用して、浅海上での磁探時には、海底に存在する磁性
岩盤の有する磁気モーメントの影響を排除して、潜水艦
の磁気モーメントのみを検出できるように、磁場勾配を
測定し、他方、深海上での磁探時には、深い海底に存在
する磁性岩盤の有する磁気モーメントの影響を受けにく
いので、検出感度及び検出出力の点で有利な、磁場を測
定できるようにした点。　■磁場勾配を、２つの磁場セ
ンス部（たとえば、コイル）による磁場検出信号の出力
差で測定する代りに、一定方向進行時における、単一の
磁場センス部による所定時間の前後の磁場検出信号の出
力差で測定した点。

であり、その構成を、第１０図に示す。

この磁探装置においては、磁場センサーとじては、相対
１ｉｊＩ場（ある位置での磁場を０としたときの相対的
磁場強度）を測定できるものであれば、さぐりコイル型
、ホール素子型、磁気変調器型、スフインド（ＳＱＵ　
Ｉ　Ｄ）型等、原理的にはいずれも可能であるが、感度
と分解能の点で優れているスクイラド型を使用している
。

第１Ｏ図に於いて、０１は、公知のスクイラド型相対磁
場センサーで、単一の磁場センス部としてのＸ方向の磁
場用ピックアップコイル０２、超伝導スフインド（ＳＱ
Ｕ　Ｉ　Ｄ）０３、磁場検出回路０４から成っている。

磁場検出回路０４の動作の基本概略は、ＬＣタンク回路
にその共振周波数を印加しておき、ピックアップコイル
０２を通過する磁束の変化に伴う有効インダクタンスの
変化を電圧の変化として測定するのである。信号の線形
化の為、位相検波器０５と磁場変調用発振器０６から成
るロックインアンプ０７の出力を積分器Ｏ８を通してス
フインド０３に帰還する。この帰還電流がスクイラド０
３に作る磁場が、外磁基の変化を補償し、もともとの周
期的出力（８号の山または谷の１つにロックするように
働く。そのときの帰還電流の大きさはそのまま外６■場
の変化に対応している。すなわち、ある初期状態で、外
磁基（ピックアップコイル２を通過する磁場）Ｂｏ、ｔ
、検出出力ＶＯとした場合、任意の時点で外磁基が８．
□′、出力Ｖ　ｏ　ｕ　Ｌ′　となったとすると、Ｂ　
ｏｕＬ’　　Ｂｏｕｔ　　ｏｃ　　Ｖ（ｌｕ、　　Ｖ　
ＯｕＬの関係が成立し、相対磁場センサーとして機能し
ている。

０９は目的磁性物体の存在の有無を評価する為の評価信
号を作成表示する評価信号作成表示手段で、磁場の勾配
信号作成回路０１０、モニター用表示手段０１１．磁場
または磁場勾配の選択出力手段１４から成る。勾配信号
作成回路０１０は、磁場センサー０１の出力である磁場
信号Ｂｘを設定時間Ｔ遅延する遅延回路０１３、航空機
の飛行速度センサー０１４、ポテンショメータ０１５、
比演算回路０１６、差動増幅部０１７とがら成っていて
、ポテンショメータ０１５により勾配を測定する為の磁
場検出位置間の距離りを設定すると、比演算回路０１３
により、飛行速度センサーｏ１４で得た飛行速度信号Ｖ
との比がとられて、該距離りに相当する遅延時間Ｔが遅
延回路０１３に与えられる。差動増幅部０１７では、磁
場センサー０１から直接骨た磁場信号Ｂｘと遅延回路０
１３により７時間遅延された遅延磁場信号との差がとら
れ、磁場ＢｘのＸ方向の磁場勾配に相当するΔＢｘが作
成される。ＢｘとΔＢｘは、評価信号として、前記モニ
ター用表示手段０１１で常時モニターされる。そして、
浅海上での磁探時には、選択出力手段０１２をΔＢｘ側
に切替、深海上での磁探時には、Ｂｘ側に切替えること
により、その一方のみを出力できるようになっている。

この磁探装置りを、第４図に示すように、航空機へに搭
載して、一定方向に、速度■で飛行しなから磁探を行な
うと、その検出出力（目的磁性物体の存在の有無の評価
信号）として、下記■、■の２つの信号が得られる。

■　直線距離Ｌ＝ＶＴだけ離れた２つの検出位置Ｐ、　
　Ｐ’でのＸ方向磁場ＢｘＯ差信号ΔＢｘ（近似的に勾
配δＢｘ／θＸを示す。）。

■　検出位置Ｐ′でのＸ方向の磁場信号Ｂｘ。

そこで、もし、雑音信号となる磁気モーメントＭｎを有
する磁性岩盤Ｒの信号が大きくその影響を受は易い浅海
上を航行している時ならば、前記差信号（距茄の４乗分
の１に比例して減衰する信号）ΔＢｘによって、また、
前記磁性岩盤の信号が小さくその影響を受は難い深海上
を航行している時ならば、前記磁場信号（距離の３乗分
の１に比例して減衰する信号）Ｂｘによって、潜水Ｂｐ
３２の存在の有無を判断することができる。

（３）発明が解決しようとする課題 ところが、前述の磁探装置は、航空機が旋回飛行すると
、地磁気等を検出してしまうので、直線航行しなから磁
探作業を行う必要があった。

これを、第４〜８図を参照して説明する。航空ｉＡに進
行方向の磁場を検出する磁探装置りを搭載して第４．５
図に示すように、海上を水平面内でＰＩ、Ｐｚ、・・・
、Ｐ、、Ｐ、と周回（北進、９０度回転、西進、９０度
回転、南進、９０度回転、東進、９０度回転、北進）し
たとする。第４図は垂直面内の、第５図は水平面内の航
行の様子を示している。３１．Ｓ２は、目標磁性物体で
ある潜水艦を示している。この時、磁探装置りが測定す
る磁場（検出コイルＣを通過する磁場）は、例えば、北
進している場合には、第６図に示すように、地磁気Ｂｏ
のＸ方向への寄与によりＢ、ｃｏｓψとなる。すなわち
、常時、地磁気の影響を受けることになる。従って、旋
回中に測定される磁場強度は第７図のごとく、また、磁
場勾配は第８図のごとく変化し、目標磁性物体である潜
水艦ｓ、、ｓ２のみを捉えることができない。

そこで、航空機Ａの姿勢にかかわらず、コイル等の磁場
センス部が常に地磁気を指向するようなサーボ機構を備
えた磁場センサーを使用して、航空機の旋回等による影
響を排除して、磁場の大きさ（特定方向だけではなく、
全方向成分のトータル値）の変化を捉え・て目標磁性物
体の探知を行なうものも考えられているが、この方式は
、サーボ機構の精度や機構が複雑になる等の問題点があ
った。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、航空機
、船舶等の磁場センサー搭載物体が旋回中であっても、
潜水艦等の存在を意味する有用な探知信号のみを、簡単
にかつ精度よく取りだせる手段を提供し、磁場センサー
搭載物体が旋回中であっても磁探可能として、その適用
範囲を拡大することを課題とする。

Ｂ１発明の構成 （１）課題を解決するための手段 前記課題を解決する為に、本出願の発明の磁探装置は、
一方向につき単一の磁場センス部を有する少なくとも相
対磁場を検出し得る磁場センサーと、前記磁場センサー
により得た磁場信号がら旋回角速度に応じた低周波分を
カットし得るローカットフィルター手段と、前記ローカ
ットフィルター手段の出力から目的磁性物体の存在の有
無を評価する為の評価信号を作成表示する評価信号作成
表示手段とから構成したことを特徴とする。

（２）作　用 前述の構成から成る本出願の発明の磁探装置は、航空機
等の磁場センサー搭載物体に搭載または曳航して巡行し
ながら行なう磁探に使用される。

前述したように、第４図のごとく、本発明の磁探装置り
を、その磁場センス部が、進行方向を向くように磁場セ
ンサー搭載物体としての航空ａ八に搭載して、第５．６
図に示すように、海上を水平面内でＰ＋、Ｐ−、・・・
、Ｐｓ、Ｐ＋　と周回（北進、９０度回転、西進、９０
度回転、南進、９０度回転、東進、９０度回転、北進）
したとする。

第４図は垂直面内の、第５図は水平面内の航行の様子を
示している。Ｓ＋　、Ｓｔは、目標磁性物体である潜水
艦を示している。

この時、磁探袋？ｌ！Ｄが測定する磁場（ピックアップ
コイル２を通過する磁場）は、前述したように、常時、
地磁気の影響を受けることになり、従って、旋回中に測
定される磁場強度は、旋回による地磁気信号骨と目標磁
性物体である潜水艦Ｓ。

、Ｓｔによる信号骨とが混在した第７図のごとくになる
。この磁場信号Ｂｘは、次に、ローカットフィルター手
段により、旋回角速度に応じた低周波分がカットされる
。すなわち、旋回による地磁気信号骨である比較的変化
の緩慢な信号成分がＢＸから排除されて、第９図に示す
ように、目標磁性物体である潜水艦Ｓｔ、Ｓｚによる信
号骨Ｂｘ″のみが取りだされる。さらに、評価信号作成
表示手段によって、該信号Ｂｘ’から、目的磁性物体の
存在の有無を評価する為の評価信号が作成され、表示さ
れる。

すなわち、磁場センサー搭載物体としての航空機等が旋
回中であっても、地磁気等を検知することなく、潜水艦
等の存在を意味する有用な探知信号のみを、抽出するこ
とができ、精度の高い、目的磁性物体の存在の有無を評
価する為の評価信号を作成し、表示することができる。

（３）実施例 以下、図面に基づいて本発明の第１実施例について説明
する。

第１図に、磁探装置の第１実施例を示す、この第１実施
例は航空機に塔載して使用されている。

■は、分解能及び感度に於いて有利なスクイ２ド（ＳＱ
Ｕ　Ｉ　Ｄ）を用いた、相対磁場を測定できる公知の相
対磁場センサーである。今、機体のロール軸をＸ軸とし
、この磁場センサーｌは、このＸ軸方向の磁場を検出す
るように配設されているものとする。前記磁場センサー
ｌは、単一の磁場センス部としてのＸ方向の磁場用ピッ
クアップコイル２、超伝導スクイラド３、磁場検出回路
４から成っている。磁場検出回路４は、公知のものであ
って、例えば、第１０図で示したような相対磁場を測定
できる回路を用いる。（磁場の時間変化を測定するもの
ではない） ５は、磁場センサー１により得たＸ方向磁場信号Ｂｘか
ら低周波分をカットするローカットフィルター手段で、
電圧制御可変抵抗部６とコンデンサー〇で構成される積
分回路と差動増幅器７からなり、全体として、積分定数
に応じた低周波分をカットする機能を有する。

８は、前記ローカットフィルター手段５の遮断周波数設
定手段で、航空機の進行方向角度φに応じた電圧■φを
与える方位センサー９、電圧■φを微分して航空機の旋
回角速度ωに応じた電圧Ｖωを与える微分器１０とから
成る。

１１は目的磁性物体の存在の有無を評価する為の評価信
号を作成表示する評価信号作成表示手段で、磁場の勾配
信号作成回路１２、モニター用表示手段１３、Ｉ場また
は磁場勾配の選択出力手段１４から成る。勾配信号作成
回路１２は、前記口−カットフィルター手段５により低
周波分がカットされた磁場信号Ｂｘ’　を設定時間Ｔ遅
延する遅延回路１５、遅延時間設定手段１６、差動増幅
部１７から成っている。遅延時間設定手段１６は、航空
機の飛行速度センサー１８、ポテンショメータ１９、比
演算回路２０とから成っていて、ポテンショメータ１９
により勾配を測定する為の磁場検出位置間の距離りを設
定すると、比演算回路２０により、飛行速度センサー１
８で得た飛行速度信号■との比がとられて、該距離りに
相当する遅延時間Ｔが遅延回路１５に与えられる。差動
増速　１部１７では、前記の磁場信号Ｂｘ’　と遅延回
路１５によりＴ時間遅延された遅延磁場信号との差がと
られ、磁場Ｂｘ’のＸ方向の磁場勾配に相当するΔＢｘ
’　が作成される。Ｂｘ’　とΔＢｘ’　は、評価信号
として、モニター用表示手段１３で常時モニターされる
。そして、浅海上での磁探時には、選択出力手段１４を
ΔＢｘ’側に切替え、深海上での磁探時には、Ｂｘ’側
に切替えることにより、その一方のみを出力できるよう
にもなっている。

次に、前述の構成から成る第１実施例の作用を、第４〜
９図を参照して説明する。

前述の磁探装置りを、ピックアップコイル２が、進行方
向を向くように航空機Ａに搭載して、第４゜５図に示す
ように、海上を水平面内でＰ＋、Ｐｚ、Ｐｌ、・・・、
Ｐ、、Ｐ、と周回（北進、９０度回転、西進、９０度回
転、南進、９０度回転、東進、９０度回転、北進）した
とする。第４図は垂直面内の、第５図は水平面内の航行
の様子を示している。Ｓｔ、Ｓｔは、目標磁性物体であ
る潜水艦を示している。この時、磁探装置りが測定する
磁場（ピックアップコイル２を通過する磁場）は、例え
ば、北進している場合には、第６図に示すように、地磁
気ＢｏのＸ方向への寄与によりＢ、ｃｏｓψとなる。す
なわち、常時、地磁気の影響を受けることになる。従っ
て、旋回中に測定される磁場強度は第７図のごとく変化
することになる。この時、Ｂｘには、旋回による信号分
と目標磁性物体である潜水ＰＷＳ＋　、Ｓｚによる信号
分とが混じっている。次ぎに、この信号Ｂｘから、ロー
カットフィルター手段５により低周波分がカットされる
（以下、この低周波分がカットされた磁場信号を、Ｂｘ
’　と表す）、ところで、ローカットフィルター手段５
の遮断周波数は、微分器ＩＯの出力である旋回角速度ω
に応じた電圧■ωによって決まる（■ωによって、可変
抵抗部６の抵抗値が制御され、積分定数が変化し、その
結果、遮断周波数が決まる）ので、信号Ｂｘからカット
される低周波分は、旋回角速度ωに応じた、比較的変化
の緩慢な信号成分となる。すなわち、前記の信号Ｂｘに
対して、ローカントフィルター手段５を作用させること
で、Ｂｘから旋回による信号分を排除して、目標磁性物
体である潜水ａｓｌ　、Ｓｔによる信号分のみを取りだ
すことができる。これを、第９図に示す。

次に、勾配信号作成回路１２において、ポテンショメー
タ１９により磁場検出位置間の距離りを設定すると、比
演算回路２０により、飛行速度センサー１８で得た飛行
速度信号■との比がとられて、自動的に該距離りに相当
する遅延時間Ｔが遅延回路１５に与えられる。差動増幅
部１７では、前記の磁場信号Ｂｘ’　と遅延回路１５に
よりＴ時間遅延された遅延磁場信号との差がとられ、磁
場Ｂｘ’の磁場勾配に相当するΔＢｘ’が作成される。

Ｂｘ’　とΔＢｘ’　は、評価信号として、モニター用
表示手段１３で常時モニターされる。そして、浅海上で
の航空磁探時には、選択出力手段１４をΔＢｘ’側に切
替、深海上での航空磁探時には、Ｂｘ’側に切替えるこ
とにより、その一方のみを出力できるようにもなってい
る。

よって、航空機が旋回中であっても、地磁気等を検知す
ることなく、潜水慝等の存在を意味する有用な探知信号
のみを、簡単にかつ精度よく取りだせることができる。

また、探知信号として、浅海上での航空磁探では磁場勾
配、深海上での航空磁探では磁場、というように、磁場
信号と磁場勾配信号のいずれの信号も利用できる。さら
に、磁場勾配については、磁場測定と共通の磁場センス
部を用いて、磁場検出位置間の距離、従って、検出感度
を航空機の飛行速度に無関係に、しかも、自由に設定す
ることができるという効果を奏する。

次に、本発明の第２実施例を、第２図に基いて説明する
。本図に於いて、第１図と共通のものには、共通の数字
、記号を用いている。

第１実施例では、Ｘ方向の磁場成分Ｂｘに関してのみ検
出したが、第２実施例では、ｘ、ｙ、ｚの３方向の磁場
成分を検出し、それらのノルマル値Ｂと、それぞれの差
のノルマル値ΔＢを検出出力（評価信号）とする。すな
わち、検出面の方向の異なる３つのピックアップコイル
２ｘ、２ｙ。

２ｚ及び、これら３つのコイルに対応して、スクイノド
３、磁場検出回路４、ローカットフィルター手段５、遅
延回路１５、差動増幅部１７を、Ｘ。

ｙ、ｚ方向成分の磁場及び磁場勾配信号測定用に３系統
とし、検出回路４及び３つの差動増幅部１７の次段にノ
ルマル値演算部２１を設けて、Ｂ’　−（Ｂｘ”＋Ｂｙ
”千Ｂｚ’りＩ／！ΔＢ′＝（ΔＢｘ”＋ΔＢｙ’Ｚ＋
八Ｂｚ’Ｚ）へ／Ｚの演算処理により、ノルマル値Ｂ′
及びΔＢ′を形成し、これを表示装置１３及び選択手段
１４の入力とするのである。

第２実施例によれば、磁場のノルマル値（絶対値）、及
び航空機の飛行速度Ｖ方向の磁場勾配のノルマル値 Ｂ＝　Ｉ　　（Ｂｘ）Ｔ＋　（Ｂｙ）了＋（Ｂｚ）’ｉ
ｌｌΔＢ＝１　（θＢｘ／θＶ）〒十（Ｂｘ／θＶ）丁
子（θＢｘ／θＶ）’ｉ：１ を、評価信号とするので、精度の向上を計ることができ
る。

以上、本発明による磁探装置の実施例を詳述したが、本
発明は、前述の実施例に限定されるものではなく、特許
請求の範囲に記載された発明を逸脱することなく、種々
の変更を行なうことが可能である。

例えば、磁場センサーとしては、スクイノドを用いたも
のに限らず、さぐりコイル型、ホール素子型、磁気変調
器型のもの等を使用することも可能である。要は、相対
的な磁場強度を測定できるものであれば良い。さぐりコ
イル型の場合、磁場センス部はさぐりコイルであり、ホ
ール素子型の場合、磁場センス部はホール素子自身であ
り、磁気変調器型の場合、磁場センス部は高周波励振さ
れる磁心である。

また、ローカットフィルター手段としては、積分回路と
差動増幅器の組合せを使用する必要はなく、第３図のご
とくの、バイパスフィルターでもよく、受動フィルター
に限らず、アクティブフィルターでも、ディジタルフィ
ルターでも良い。旋回角速度をモニターして、手動で遮
断周波数を調整する構成としても良い。

さらに、第１．２図の磁場信号処理を、Ａ／Ｄ変換、メ
モリ、ＭＰＵ等を用いてディジタル処理とすることも可
能である。

選択手段１４の出力を表示装置１３に入力することも可
能である。

Ｃ１発明の効果 前述の本発明の磁探装置によれば、航空機などての磁場
センサー搭載物体が旋回中であっても、地磁気等を検知
することなく、潜水名等の目的磁性物体の存在を意味す
る有用な探知信号のみを、節単にかつ精度よく取りだせ
ることができる。また、目的磁性物体の存在の有無を評
価する探知信号として、磁場信号を採用する場合にも、
磁場勾配信号を採用する場合にも対応することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁探装置の第１実施例、第２図は本発
明の磁探装置の第２実施例、第３図は前記第１．２実施
例で使用されるＬＣＦの変形例の説明図、第４〜８図は
従来技術および本発明実施例の磁探装置の作用説明図、
第９図は本発明による磁探装置の作用説明図、第１０図
は、従来の磁探装置の説明図である。 ｌ・・・磁場センサー、５・・・ローカットフィルター
手段、Ｄ＋　、Ｉ）ｚ・・・磁場センス部枠　許　出　
願　人　　　株式会社　島津製作所代理人弁理士　　落
　合　　　健

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　一方向につき単一の磁場センス部を有する少なくとも
   相対磁場を検出し得る磁場センサーと、前記磁場センサ
   ーにより得た磁場信号から旋回角速度に応じた低周波分
   をカットし得るローカットフィルター手段と、前記ロー
   カットフィルター手段の出力から目的磁性物体の存在の
   有無を評価する為の評価信号を作成表示する評価信号作
   成表示手段とからなる磁探装置。